Hệ thống SCADA


Trước khi thảo luận về các hệ thống Scada, chúng ta phải hiểu thuật ngữ của từ SCADA SC liên quan đến thời xa xưa và thời kỳ hiện đại. Vào thời xa xưa, các hệ thống SCADA đại diện cho phần cứng, phần mềm hoàn chỉnh và các mô-đun giao tiếp khác.

Với sự phát triển của hệ thống PLC và DCS, thuật ngữ PHẠM SCADA, đặc biệt chỉ sử dụng để hiển thị thông tin trong đồ họa HMI hoặc máy trạm, vì vậy SCADA không là gì ngoài một đơn vị phần mềm lập trình hoàn chỉnh. Thậm chí, một số lĩnh vực công nghiệp vẫn sử dụng thuật ngữ SCADA SC đại diện cho cả phần cứng và phần mềm. Trong bài viết này, chúng tôi đang thảo luận về chủ đề liên quan đến ngày xưa.

Hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA

Các hệ thống SCADA được sử dụng để kiểm soát các tài sản phân tán trong đó việc thu thập dữ liệu tập trung cũng quan trọng như kiểm soát. Các hệ thống này được sử dụng trong các hệ thống phân phối như hệ thống phân phối nước và thu gom nước thải, đường ống dẫn dầu và khí tự nhiên, hệ thống phân phối và truyền tải điện, và đường sắt và các hệ thống giao thông công cộng khác.

Hệ thống SCADA tích hợp hệ thống thu thập dữ liệu với hệ thống truyền dữ liệu và HMI phần mềm để cung cấp một hệ thống giám sát và kiểm soát tập trung cho nhiều quá trình đầu vào và đầu ra.

Các hệ thống SCADA được thiết kế để thu thập thông tin thực địa, chuyển nó đến một cơ sở máy tính trung tâm và hiển thị thông tin cho người vận hành bằng đồ họa hoặc văn bản, từ đó cho phép người vận hành giám sát hoặc điều khiển toàn bộ hệ thống từ một vị trí trung tâm trong thời gian gần. Dựa trên sự tinh vi và thiết lập của hệ thống riêng lẻ, việc kiểm soát bất kỳ hệ thống, hoạt động hoặc tác vụ riêng lẻ nào có thể tự động hoặc có thể được thực hiện bằng các lệnh của nhà điều hành.

Phần cứng thông thường bao gồm một máy chủ điều khiển được đặt tại trung tâm điều khiển, thiết bị liên lạc (ví dụ: radio, đường dây điện thoại, cáp hoặc vệ tinh) và một hoặc nhiều vị trí trường phân phối theo địa lý bao gồm Thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) và / hoặc PLC, điều khiển bộ truyền động và / hoặc màn hình cảm biến.

Máy chủ điều khiển lưu trữ và xử lý thông tin từ RTU đầu vào và đầu ra, trong khi RTU hoặc PLC điều khiển quá trình cục bộ. Phần cứng truyền thông cho phép truyền thông tin và dữ liệu qua lại giữa máy chủ điều khiển và RTU hoặc PLC.

Phần mềm được lập trình để báo cho hệ thống biết cái gì và khi nào cần giám sát, phạm vi tham số nào được chấp nhận và phản ứng nào sẽ bắt đầu khi tham số thay đổi bên ngoài giá trị chấp nhận được. Thiết bị điện tử thông minh (IED), như rơle bảo vệ, có thể giao tiếp trực tiếp với máy chủ điều khiển hoặc RTU cục bộ có thể thăm dò các IED để thu thập dữ liệu và chuyển nó đến máy chủ điều khiển. IED cung cấp giao diện trực tiếp để điều khiển và giám sát thiết bị và cảm biến.

IED có thể được thăm dò và kiểm soát trực tiếp bởi máy chủ điều khiển và trong hầu hết các trường hợp có lập trình cục bộ cho phép IED hành động mà không cần hướng dẫn trực tiếp từ trung tâm điều khiển. Các hệ thống SCADA thường được thiết kế để trở thành các hệ thống chịu lỗi với sự dư thừa đáng kể được tích hợp trong hệ thống. Sự dư thừa có thể không phải là một biện pháp đối phó đầy đủ khi đối mặt với các cuộc tấn công độc hại.

Cấu hình chung của hệ thống SCADA

Hình 1 cho thấy các thành phần và cấu hình chung của hệ thống SCADA. Trung tâm điều khiển chứa một máy chủ điều khiển và các bộ định tuyến truyền thông. Các thành phần trung tâm điều khiển khác bao gồm HMI, máy trạm kỹ thuật và nhà sử học dữ liệu, tất cả được kết nối bằng mạng LAN.

Trung tâm điều khiển thu thập và ghi lại thông tin được thu thập bởi các trang web hiện trường, hiển thị thông tin cho HMI và có thể tạo ra các hành động dựa trên các sự kiện được phát hiện. Trung tâm kiểm soát cũng chịu trách nhiệm báo động tập trung, phân tích xu hướng và báo cáo.

Trang web thực hiện kiểm soát cục bộ của cơ cấu chấp hành và giám sát các cảm biến (Lưu ý rằng các cảm biến và cơ cấu chấp hành chỉ được hiển thị trong Hình 4). Các trang web hiện trường thường được trang bị khả năng truy cập từ xa để cho phép các nhà khai thác thực hiện chẩn đoán và sửa chữa từ xa thường qua một modem quay số riêng hoặc kết nối WAN.

Tiêu chuẩn và độc quyền giao tiếp các giao thức chạy qua giao tiếp nối tiếp và mạng được sử dụng để vận chuyển thông tin giữa trung tâm điều khiển và các trang hiện trường bằng các kỹ thuật đo từ xa như đường dây điện thoại, cáp, cáp quang và tần số vô tuyến như phát sóng, lò vi sóng và vệ tinh.

Cấu trúc liên kết truyền thông SCADA khác nhau giữa các triển khai. Các cấu trúc liên kết khác nhau được sử dụng, bao gồm điểm-điểm, loạt, ngôi sao loạt và đa thả, được hiển thị trong Hình 2.

Điểm tới điểm về mặt chức năng là loại đơn giản nhất; tuy nhiên, nó rất tốn kém vì các kênh riêng lẻ cần thiết cho mỗi kết nối. Trong một cấu hình loạt, số lượng kênh được sử dụng bị giảm; tuy nhiên, chia sẻ kênh có tác động đến hiệu quả và độ phức tạp của các hoạt động SCADA.

Tương tự, các cấu hình loạt sao và đa thả sử dụng một kênh trên mỗi thiết bị dẫn đến giảm hiệu quả và tăng độ phức tạp của hệ thống.

Bố cục chung của hệ thống SCADA

Hình 1. Bố cục chung của hệ thống SCADA

Cấu trúc liên kết SCADA

Bốn cấu trúc liên kết cơ bản Hình 2 có thể được tăng cường hơn nữa bằng cách sử dụng các thiết bị chuyên dụng để quản lý trao đổi liên lạc cũng như chuyển đổi và đệm tin nhắn.

Cấu trúc liên kết SCADA cơ bản

Cấu trúc liên kết truyền thông SCADA cơ bản

Hình 2. Các cấu trúc liên kết truyền thông SCADA cơ bản

Cấu trúc liên kết SCADA lớn

Các hệ thống SCADA lớn chứa hàng trăm RTU thường sử dụng máy chủ điều khiển phụ để giảm bớt gánh nặng cho máy chủ chính. Kiểu cấu trúc liên kết này được hiển thị trong Hình 3.

Cấu trúc liên kết hệ thống SCADA

Hình 3. Cấu trúc liên kết truyền thông SCADA lớn

Ví dụ triển khai hệ thống SCADA

Hình 4 cho thấy một ví dụ về việc triển khai hệ thống SCADA. Điều này đặc biệt SCADA hệ thống bao gồm một trung tâm điều khiển chính và ba trang web hiện trường.

Một trung tâm điều khiển sao lưu thứ hai cung cấp dự phòng trong trường hợp có sự cố của trung tâm điều khiển chính.

Triển khai hệ thống SCADA

Hình 4. Ví dụ triển khai hệ thống SCADA (Giám sát và kiểm soát phân phối)

Kết nối điểm-điểm được sử dụng cho tất cả các trung tâm điều khiển để liên lạc tại hiện trường, với hai kết nối sử dụng từ xa radio. Trang web trường thứ ba là cục bộ của trung tâm điều khiển và sử dụng mạng WAN để liên lạc. Một trung tâm kiểm soát khu vực nằm trên trung tâm kiểm soát chính cho mức độ kiểm soát giám sát cao hơn.

Mạng công ty có quyền truy cập vào tất cả các trung tâm điều khiển thông qua mạng LAN và các trang web hiện trường có thể được truy cập từ xa để xử lý sự cố và bảo trì. Trung tâm điều khiển chính thăm dò các thiết bị trường cho dữ liệu theo các khoảng thời gian xác định (ví dụ: 5 giây, 60 giây) và có thể gửi các điểm đặt mới đến một thiết bị trường theo yêu cầu.

Ngoài việc bỏ phiếu và ban hành các lệnh cấp cao, máy chủ điều khiển cũng theo dõi các ngắt ưu tiên đến từ các hệ thống báo động tại hiện trường.

Tham khảo: Ấn bản đặc biệt của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ 800-82, Sửa đổi

Đọc tiếp:

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]

TNBlogs.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *